TWI428756B - 主從設備通訊電路 - Google Patents

Description

主從設備通訊系統

本發明係關於一種主從設備通訊系統。

匯流排控制系統一般包括一主控設備即主設備及多個被控設備即從設備，其中主設備的資訊可以發送到各個從設備或指定的從設備，從設備發送的資訊只能被主設備所接收，各從設備之間不能直接通訊。為了實現主設備與多個從設備的通訊，首先必須為每一從設備設定一個識別地址，即ID地址，因此，在控制系統中，每一從設備均擁有唯一的ID地址，若在同一控制系統中，多個從設備擁有相同的ID地址，則會出現通訊衝突問題。

一般的匯流排控制系統的定址方式為採用硬體比如兩旋轉式定址開關來定址，該兩旋轉式定址開關以十進位形式設定匯流排控制系統中的從設備的ID地址。若用戶需將某一從設備的ID地址設定為26時，只需將對應十位元的旋轉開關旋轉到2，再將對應個位的旋轉開關旋轉到6即可。惟，如果匯流排控制系統中包含有幾百或幾千個從設備時，採用硬體為每一從設備定址不僅浪費時間，還有可能會造成定址錯誤。

鑒於上述內容，有必要提供一種可自動對從設備進行ID地址設定的主從設備通訊系統。

一種主從設備通訊系統，包括一主設備、複數從設備及用於傳輸主設備與從設備之間資料的匯流排，該主設備包括一微控制器、一電源模組及一地址設定模組，每一從設備包括一微控制器及一電源模組，該主設備的電源模組透過該地址設定模組與每一從設備的電源模組相連，該地址設定模組用於偵測該主設備的電源模組輸出的總電流，並根據該總電流輸出一與該總電流成一比例常數的ID地址設定訊號給新接入的從設備的微控制器及該主設備的微控制器，該新接入的從設備的微控制器根據該ID地址設定訊號對應設定一ID地址，該主設備的微控制器根據該ID地址設定訊號記錄該ID地址為該新接入的從設備的ID地址。

相較習知技術，該主從設備通訊系統透過該地址設定模組偵測該主設備的電源模組輸出的總電流，並根據該總電流對新接入的從設備進行ID地址的設定，從而使所有接入的從設備的ID地址不發生衝突，保證了訊號傳輸的流暢。

10‧‧‧主設備

12、22‧‧‧微控制器

14、24‧‧‧電源模組

16‧‧‧地址設定模組

162‧‧‧開關控制單元

164‧‧‧電流偵測單元

20‧‧‧從設備

30‧‧‧匯流排

VCC‧‧‧電源接收端

Q1、Q2‧‧‧場效應電晶體

J‧‧‧電源連接器

R‧‧‧分流電阻

U‧‧‧放大器

R1-R3‧‧‧電阻

ID_Set‧‧‧ID地址設定訊號輸出端

Power_Enable‧‧‧電源控制端

圖1係本發明主從設備通訊系統較佳實施方式的框圖。

圖2係圖1中地址設定模組的電路圖。

請參考圖1，本發明主從設備通訊系統的較佳實施方式包括一主設備10(如一中央處理器)、複數從設備20及一用於傳輸主設備10與從設備20之間資料的匯流排30，如I2C匯流排、RS-485匯流排、RS-422匯流排。

該主設備10包括一微控制器12、一電源模組14及一地址設定模組16。每一從設備20均包括一微控制器22及一電源模組24。該主設 備10的微控制器12透過該匯流排30與每一從設備20的微控制器22相連，以實現主設備10與從設備20之間的通訊。

該主設備10的電源模組14透過該地址設定模組16與每一從設備20的電源模組24相連，該地址設定模組16偵測電源模組14輸出的總電流，並根據該總電流輸出一ID地址設定訊號給新接入的從設備20的微控制器22及該主設備10的微控制器12，該新接入的從設備20的微控制器22根據該ID地址設定訊號對應設定一ID地址，該主設備10的微控制器12根據該ID地址設定訊號記錄該ID地址為該新接入的從設備20的ID地址。該主設備10的微控制器12還用於當偵測到的ID地址設定訊號大於一預設值時(即電源模組14輸出的總電流大於一預設值時)，輸出一停止訊號給該地址設定模組16以停止給所有從設備20進行供電，以防止電流過大而損壞器件。

請參考圖2，本實施方式中，該地址設定模組16包括一電源接收端VCC、一開關控制單元162、一與每一從設備20的電源模組24相連的電源連接器J、一電流偵測單元164。該開關控制單元162包括一第一電子開關如一場效應電晶體Q1、一第二電子開關如一場效應電晶體Q2、一電源控制端Power_Enable，該電流偵測單元164包括一分流電阻R、一放大器U、三個電阻R1-R3、一ID地址設定訊號輸出端ID_Set。

該電源接收端VCC用於接收該電源模組14輸出的電壓，並連接至該場效應電晶體Q1的源極，還透過電阻R3連接至該場效應電晶體Q2的汲極及該場效應電晶體Q1的閘極。該場效應電晶體Q2的源極接地，閘極連接該電源控制端Power_Enable。該場效應電晶體Q1的汲極連接至該電源連接器J的一端，該電源連接器J的另一端連 接至該放大器U的同相輸入端及透過該分流電阻R接地。該放大器U的反相輸入端透過該電阻R2接地，還透過該電阻R1連接該放大器U的輸出端及ID地址設定訊號輸出端ID_Set。該電源控制端Power_Enable與該主設備10的微控制器12相連，用於接收該微控制器12傳輸的停止訊號。該ID地址設定訊號輸出端ID_Set用於輸出該ID地址設定訊號給該主設備10的微控制器12及該從設備20的微控制器22。其他實施方式中，也可根據需要省略該放大器U及其附加電阻R1及R2，將該電源連接器J與該分流電阻R之間的節點連接至該ID地址設定訊號輸出端ID_Set即可，以進一步降低成本。

具體工作原理如下：初始狀態下，該主設備10的微控制器12輸出一低電平訊號給該電源控制端Power_Enable，以使該場效應電晶體Q2截止，進而該場效應電晶體Q1導通。當第一個從設備20與該主設備10連接上時，該第一個從設備20將透過該電源連接器J接收電壓而工作，同時，該分流電阻R偵測流經電源連接器J的第一總電流，該分流電阻R兩端的電壓透過該放大器U放大後(放大倍數透過調整電阻R1及R2的電阻值進行設定)輸出一與該第一總電流成一比例常數的第一類比電壓訊號(即ID地址設定訊號)，該第一類比電壓訊號透過該ID地址設定訊號輸出端ID_Set被傳輸給該主設備10的微控制器12及第一個從設備20的微控制器22，該主設備10的微控制器12及第一個從設備20的微控制器22將該第一類比電壓訊號轉換成一數位訊號D1，並將該數位訊號D1定義為該第一個從設備20的ID地址，以實現該主設備10與該第一個從設備20之間的通訊順暢，並且該第一個從設備20的ID地址在其沒有被拔出之前固定不變，即使其他的從設備20被連接上也不會影響第一 個從設備20的ID地址。

當第二個從設備20與該主設備10連接上時，該第一個及第二個從設備20都將透過該電源連接器J接收電壓而工作，同時，該分流電阻R偵測流經電源連接器J的第二總電流(因為新增了一個從設備20，故第二總電流大於第一總電流)，該分流電阻R兩端的電壓透過該放大器U放大後輸出一與該第二總電流成該比例常數的第二類比電壓訊號，該第二類比電壓訊號透過該ID地址設定訊號輸出端ID_Set被傳輸給該主設備10的微控制器12及第二個從設備20的微控制器22，該主設備10的微控制器12及第二個從設備20的微控制器22將該第二類比電壓訊號轉換成一數位訊號D2，並將該數位訊號D2定為該第二個從設備20的ID地址，以實現該主設備10與該第二個從設備20之間的通訊順暢。由於該數位訊號D2一定不等於該數位訊號D1，故該第一個從設備20與該第二個從設備20的ID地址不會發生衝突。

同理，後續連接的所有從設備20都會對應一個與其他從設備20不相同的數位訊號，即ID地址。因此，透過該地址設定模組16的設定，可使與該主設備10相連的所有從設備20的ID地址自動被設定上，且不存在衝突的現象，十分方便。

另外，本發明主從設備通訊系統還具有過電流自動斷電的功能，具體來說，當該第二類比電壓訊號大於一預設值時(即該總電流大於一預設值時，該預設值為電路允許的額定電流值)，該主設備10的微控制器12輸出一高電平訊號(即停止訊號)給該電源控制端Power_Enable，以使該場效應電晶體Q2導通，進而該場效應電晶體01截止，從而停止給所有的從設備20供電，以防止過電流 損壞器件。為了節省成本或根據其他考量因素，可以省略此項功能，刪除該場效應電晶體Q1及Q2、電阻R3及電源控制端Power_Enable，直接將該電源接收端VCC連接至該電源連接器J的一端即可。

其他實施方式中，該開關控制單元162也可以設計成其他形式，只要實現在微控制器12判斷出該總電流大於額定電流值時，斷開電源模組14與電源模組24之間的線路即可，不局限於本實施方式給出的例子。該電流偵測單元164也可以設計成其他形式，只要滿足可發送一與該總電流成正比例常數的ID地址設定訊號即可，不局限於本實施方式給出的例子。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧主設備

12、22‧‧‧微控制器

14、24‧‧‧電源模組

16‧‧‧地址設定模組

20‧‧‧從設備

30‧‧‧匯流排

Claims (7)

1. 一種主從設備通訊系統，包括一主設備、複數從設備及用於傳輸主設備與從設備之間資料的匯流排，其改良在於：該主設備包括一微控制器、一電源模組及一地址設定模組，每一從設備包括一微控制器及一電源模組，該主設備的電源模組透過該地址設定模組與每一從設備的電源模組相連，該地址設定模組用於偵測該主設備的電源模組輸出的總電流，並根據該總電流輸出一與該總電流成一比例常數的ID地址設定訊號給新接入的從設備的微控制器及該主設備的微控制器，該新接入的從設備的微控制器根據該ID地址設定訊號對應設定一ID地址，該主設備的微控制器根據該ID地址設定訊號記錄該ID地址為該新接入的從設備的ID地址。
2. 如申請專利範圍第1項所述之主從設備通訊系統，其中該地址設定模組包括一用於接收該主設備的電源模組輸出電壓的電源接收端、一與該從設備的電源模組相連的電源連接器、一電流偵測單元，該電源接收端透過該電源連接器與該電流偵測單元相連，該電流偵測單元用於偵測流經該電源連接器的總電流並根據該總電流對應輸出該ID地址設定訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之主從設備通訊系統，其中該電流偵測單元包括一分流電阻及一ID地址設定訊號輸出端，該電源接收端與該電源連接器的一端相連，該電源連接器的另一端透過該分流電阻接地，該電源連接器與該分流電阻之間的節點用於輸出該ID地址設定訊號。
4. 如申請專利範圍第2項所述之主從設備通訊系統，其中該電流偵測單元包括一分流電阻、一放大器、第一及第二電阻及一ID地址設定訊號輸出端，該電源接收端與該電源連接器的一端相連，該電源連接器的另一端透過該分流電阻接地，該電源連接器與該分流電阻之間的節點連接至該放 大器的同相輸入端，該放大器的反相輸入端透過該第一電阻接地，還透過該第二電阻連接該放大器的輸出端並用於輸出該ID地址設定訊號。
5. 如申請專利範圍第2項所述之主從設備通訊系統，其中該地址設定模組還包括一開關控制單元，該開關控制電路包括一電源控制端、第一及第二電子開關，該第一電子開關連接在該電源接收端與該電源連接器之間，該第二電子開關連接在該第一電子開關及該電源控制端之間，該電源控制端接收該主設備的微控制器的控制，並在該總電流大於額定電流值時，斷開該該電源接收端與該電源連接器之間的線路。
6. 如申請專利範圍第5項所述之主從設備通訊系統，其中該第一及第二電子開關均為一場效應電晶體，該第一電子開關的源極連接至該電源接收端，汲極連接該電源連接器，閘極連接該第二電子開關的汲極，該第二電子開關的汲極還透過一電阻連接該電源接收端，源極接地，閘極連接該電源控制端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之主從設備通訊系統，其中該地址設定模組還包括一開關控制單元，該開關控制電路用於在該主設備的微控制器判斷出該總電流大於額定電流值時，斷開該主設備的電源模組與從設備的電源模組之間的線路。